BR112020003181A2

BR112020003181A2 - um processo de adsorção por oscilação de temperatura

Info

Publication number: BR112020003181A2
Application number: BR112020003181-0A
Authority: BR
Inventors: Lisa Joss; Max HEFTI; Marco Mazzotti
Original assignee: Casale Sa
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2020-09-15
Also published as: RU2020111710A; EP3675985A1; AU2018325189A1; JP7145935B2; JP2020531272A; US20200306686A1; AU2018325189B2; US11344839B2; CN111093800B; EP3449996A1; CN111093800A; WO2019042733A1; CA3074251A1

Abstract

Um processo de adsorção por oscilação de temperatura para remover um componente-alvo de uma mistura gasosa, sendo o dito processo realizado em uma pluralidade de reatores, onde cada reator realiza: (a) a adsorção do componente-alvo, proporcionando um adsorvente carregado e uma corrente de resíduos; (b) o aquecimento do adsorvente carregado e a dessorção do componente-alvo, proporcionando uma corrente de saída; (c) o resfriamento do adsorvente; uma etapa de enxágue (a1) antes do aquecimento (b), onde o adsorvente carregado é contatado com uma corrente de enxágue contendo o componente-alvo, produzindo uma corrente de purga esgotada do componente-alvo; uma etapa de purga (b1) antes do resfriamento (c), onde o adsorvente é contatado com a corrente de purga proporcionada por outro reator, enquanto se realiza a etapa de enxágue (a1), produzindo assim uma corrente de saída contendo o componente-alvo, onde a dita corrente de enxágue compreende pelo menos uma parte da corrente de saída proporcionada por outro reator, enquanto se realiza a etapa de purga (b1).

Description

“UM PROCESSO DE ADSORÇÃO POR OSCILAÇÃO DE TEMPERATURA”

DESCRIÇÃO Campo da invenção

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para separar um componente-alvo de uma mistura gasosa também contendo um ou mais componentes secundários, por exemplo, para separar dióxido de carbono de um gás de combustão também contendo nitrogênio. Em particular, a presente invenção refere-se a um processo que envolve a adsorção por oscilação da temperatura do dito componente- alvo sobre um adsorvente sólido.

Técnica Anterior

[0002] A separação de um componente-alvo contido em uma mistura gasosa é de importância notável em vários campos, por exemplo, produtos químicos, combustíveis alimentos, produção de energia. Ela pode ser desejável por preocupações ambientais e/ou para uso desse componente-alvo como matéria-prima em um processo industrial.

[0003] A separação de um componente-alvo de uma mistura gasosa (por exemplo, dióxido de carbono de um gás de combustão) pode ser realizada por lavagem química, onde a mistura gasosa é contatada com uma solução líquida contendo um composto adequado para remover seletivamente o dito componente-alvo. O dito processo requer um absorvedor, onde a solução absorva seletivamente o componente-alvo, e um dessorvedor, onde a solução seja regenerada por suprimento de energia térmica. No entanto, a lavagem química tem a desvantagem de exigir uma solução que, em geral, é tóxica, prejudicial e submetida à degradação. Quando degradada, a solução precisa ser substituída,

envolvendo um custo significativo.

[0004] Outro processo é a adsorção por oscilação de temperatura (TSA). O dito processo faz uso de um adsorvente sólido e requer fases alternadas de aquecimento e resfriamento do adsorvente sólido, a fim de realizar a adsorção e a regeneração (dessorção), respectivamente.

[0005] Um processo de TSA para a separação de um componente-alvo de pelo menos um componente secundário, em uma mistura gasosa, compreende basicamente: (a) uma etapa de adsorção, na qual o componente-alvo é adsorvido sobre um leito adsorvente e é produzida uma corrente rica em produto secundário; (b) uma etapa de aquecimento do adsorvente carregado, durante a qual o componente-alvo é liberado do leito adsorvente e uma corrente rica em produto-alvo é produzida; (c) uma etapa de resfriamento, durante a qual o adsorvente é resfriado de volta para a temperatura de adsorção.

[0006] O processo de TSA é de grande interesse, porém ainda tem algumas desvantagens.

[0007] Uma primeira desvantagem é um baixo desempenho de separação, consequentemente, uma baixa recuperação e uma baixa pureza do produto-alvo. A fim de obter uma separação bem-sucedida do componente-alvo, novos adsorventes têm sido testados, porém resultados ruins têm sido obtidos até o momento.

[0008] Uma segunda desvantagem é uma alta admissão de energia (medida em MJ/kg do produto-alvo recuperado). A dita admissão de energia inclui a energia térmica necessária para regenerar o adsorvente e dessorver o componente-alvo. Na maioria dos casos, a mistura gasosa e o componente-alvo obtido contêm um pouco de água, e a dita admissão de energia também compreende a energia térmica necessária para a secagem do produto-alvo.

[0009] Essas duas desvantagens estão relacionadas. Em particular, uma baixa recuperação do produto-alvo envolve uma maior necessidade de energia para a operação de secagem, porque mais gás deve ser seco para a mesma taxa de produção do produto-alvo.

[0010] Uma outra desvantagem é uma baixa produtividade do produto-alvo, consequentemente, um alto custo de capital. O termo “produtividade” refere-se à vazão mássica do produto-alvo produzido por unidade de massa de adsorvente e é medido em kg/h de CO2 recuperado sobre toneladas de adsorvente.

[0011] Referindo-se em particular à separação do dióxido de carbono, é fortemente sentida a necessidade por altos desempenhos, baixo consumo de energia e baixo custo. O CO2 recuperado de um gás de combustão pode ser usado como matéria-prima química para produzir ureia ou metanol ou para aumentar a recuperação de óleo; a captura de CO2 das fumaças de um processo de combustão minimiza as emissões de dióxido de carbono para a atmosfera; a remoção de CO2 do ar também é atraente para vários usos industriais.

[0012] A US 2014/0326136 divulga sistemas e métodos de TSA para a purificação de fluidos que os usam.

Sumário da invenção

[0013] A invenção visa superar as desvantagens da técnica anterior. Em maior detalhe, a invenção visa proporcionar um processo que seja capaz de atingir alta pureza e alta recuperação do componente-alvo, baixo consumo de energia, alta produtividade e baixos custos de capital.

[0014] Este objetivo é atingido com um processo de adsorção por oscilação de temperatura para remover um componente-alvo de uma mistura gasosa de acordo com a reivindicação 1.

[0015] O dito processo é realizado em uma pluralidade de reatores e cada reator realiza as seguintes etapas: (a) uma etapa de adsorção, compreendendo o contato de uma corrente de entrada da dita mistura gasosa com um adsorvente sólido e a adsorção do componente-alvo da dita corrente de entrada, proporcionando um adsorvente carregado com o componente-alvo e uma corrente de resíduos esgotada do componente-alvo; (b) aquecimento do dito adsorvente carregado e dessorção de uma primeira quantidade de componente-alvo, proporcionando um adsorvente parcialmente regenerado e uma primeira corrente de saída contendo o componente-alvo dessorvido; (c) resfriamento do dito adsorvente pelo menos parcialmente regenerado,

[0016] O processo de cada reator é caracterizado por: uma etapa de enxágue (al) após a dita etapa de adsorção (a) e antes da dita etapa de aquecimento (b), onde o dito adsorvente carregado é contatado com uma corrente de enxágue contendo o componente-alvo, onde uma quantidade de componente-alvo contido na dita corrente de enxágue é adsorvida e uma corrente de purga esgotada do componente- alvo é produzida;

uma etapa de purga (bl) antes da dita etapa de resfriamento (c), onde o adsorvente parcialmente regenerado é contatado com pelo menos uma parte da corrente de purga que é proporcionada por pelo menos um outro reator da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de enxágue (al), onde uma segunda quantidade de componente- alvo é liberada, proporcionando uma segunda corrente de saída contendo o componente-alvo, onde a corrente de enxágue usada na dita etapa de enxágue (al) compreende pelo menos uma parte da segunda corrente de saída proporcionada por pelo menos um outro reator da dita pluralidade de reatores, enquanto se realiza a etapa de purga (bl).

[0017] Durante a etapa de resfriamento (c), oO adsorvente é vantajosamente resfriado para uma temperatura adequada para condicionar o adsorvente sólido e realizar a etapa de adsorção (a), de modo que o ciclo possa recomeçar.

[0018] De preferência, o dito processo é realizado em uma pluralidade de reatores contendo um adsorvente ou múltiplas camadas de adsorventes e cada reator realizando as etapas acima mencionadas. O dito adsorvente é preferivelmente um adsorvente de leito fixo.

[0019] Durante a etapa de adsorção (a), pelo menos uma parte do componente-alvo contido na corrente de entrada é adsorvida. De preferência, a quantidade total ou substancialmente a quantidade total do componente-alvo na corrente de entrada é adsorvida.

[0020] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, a corrente de purga para a etapa de purga de um reator e a corrente de enxágue para a etapa de enxágue do mesmo reator são proporcionadas por dois reatores diferentes. Em outras palavras, de acordo com uma modalidade preferida, um reator genérico, enquanto realiza a sequência de etapas acima mencionada, faz interface com pelo menos dois outros reatores, visto que ele pega a corrente de purga de um reator da pluralidade (reator fonte da corrente de purga) e pega a corrente de enxágue de outro reator (reator fonte da corrente de enxágue).

[0021] De preferência, o dito processo é realizado em uma pluralidade de reatores, onde um primeiro reator realiza a etapa de purga, proporcionando assim a corrente de saída contendo o componente-alvo, e um segundo reator realiza a etapa de enxágue, proporcionando assim a corrente de purga esgotada do componente-alvo, e onde pelo menos uma parte da dita corrente de saída é usada como corrente de enxágue para a etapa de enxágue do dito segundo reator e pelo menos uma parte da dita corrente de purga é usada para a etapa de purga do dito primeiro reator, formando assim um circuito fechado entre os ditos primeiro e segundo reatores. De preferência, um compressor é usado para circular a corrente de enxágue e a corrente de purga entre o primeiro e o segundo reator, formando assim o dito circuito fechado.

[0022] De preferência, a corrente de saída de um reator que está sendo submetido à etapa de purga é totalmente ou substancial e totalmente usada como corrente de enxágue para a etapa de enxágue de outro reator. De preferência, a corrente de enxágue consiste na dita corrente de saída. Por uma questão de simplicidade, os termos corrente de saída e corrente de enxágue serão usados indistintamente na descrição que se segue.

[0023] De preferência, a corrente de purga de um reator que está sendo submetido à etapa de enxágue é totalmente ou substancial e totalmente usada para a etapa de purga de outro reator.

[0024] Em algumas modalidades da invenção, a dita corrente de enxágue é trocada de um reator que está sendo submetido à etapa de purga para outro reator que está sendo submetido à etapa de enxágue, sem um armazenamento intermediário. Isto significa que a etapa de enxágue e a etapa de purga de dois reatores diferentes que trocam a dita corrente de enxágue são sincronizadas e enquanto um reator realiza a etapa de purga, o outro reator realiza a etapa de enxágue.

[0025] Em outras modalidades da invenção, a dita corrente de enxágue é trocada de um reator que está sendo submetido à etapa de purga para outro reator que está sendo submetido à etapa de enxágue, com um armazenamento intermediário em um tanque adequado. Isto significa que a etapa de enxágue e a etapa de purga de dois reatores diferentes que trocam a dita corrente de enxágue não são sincronizadas. As modalidades com o dito armazenamento intermediário proporcionam uma maior flexibilidade, visto que a duração das etapas de enxágue e purga dos dois reatores pode ser diferente.

[0026] Da mesma forma, a corrente de purga acima identificada pode ser trocada, com ou sem um armazenamento intermediário em um tanque adequado, de um reator que está sendo submetido à etapa de enxágue para outro reator que está sendo submetido à etapa de purga.

[0027] O adsorvente é preferivelmente resfriado por contato com a corrente de purga. Em algumas modalidades, a dita corrente de purga passa do reator fonte respectivo para o reator onde a etapa de purga ocorre, sem nenhuma troca de calor, isto é, não há trocador de calor entre os reatores. Em outras modalidades, a dita corrente de purga é resfriada antes de ser usada para a dita etapa de purga (bl). De preferência, a dita corrente de purga é resfriada em um trocador de calor externo antes de ser submetida à etapa correspondente. O dito resfriamento externo aumenta o resfriamento do adsorvente durante a dita etapa.

[0028] De preferência, a dita corrente de purga é resfriada até uma temperatura que é menor que a temperatura da mistura gasosa submetida à etapa de adsorção (a). De preferência, a dita corrente de purga é resfriada até uma temperatura na faixa de 5 ºC a 40 ºC. De acordo com diferentes modalidades, ela pode ser resfriada para a temperatura ambiente (por exemplo, 25 “C) ou abaixo da temperatura ambiente (por exemplo, 10 “C).

[0029] O adsorvente é preferivelmente aquecido por contato com a corrente de enxágue. A dita corrente de enxágue pode ser opcionalmente aquecida antes de ser submetida à dita etapa de enxágue (al). Em algumas modalidades, não há trocador de calor entre o reator fonte da corrente de enxágue e o reator que está sendo submetido à etapa de enxágue. Em outras modalidades, a dita corrente de enxágue é aquecida em um trocador de calor externo. O dito aquecimento externo aumenta o aquecimento do adsorvente durante a dita etapa.

[0030] As modalidades onde as ditas correntes de purga e lavagem são resfriadas e aquecidas antes das ditas etapas de purga e enxágue, respectivamente, proporcionam uma maior flexibilidade em termos de trocas térmicas. Por exemplo, pelo aquecimento da dita corrente de enxágue, uma quantidade maior de calor pode ser transferida para o reator que está sendo submetido à etapa de aquecimento (b) e/ou a duração da etapa de aquecimento (b) pode ser reduzida.

[0031] De acordo com algumas modalidades, a etapa de aquecimento (b) compreende a troca direta de calor com um meio de aquecimento em contato com o adsorvente. Consequentemente, todo ou um pouco do calor transferido na etapa de aquecimento (b) é transferido por troca direta de calor. De preferência, o dito meio de aquecimento é uma corrente que contém predominantemente o componente-alvo. Por exemplo, o dito meio de aquecimento é proporcionado pela corrente de saída acima identificada de um reator que está sendo submetido à etapa de purga (bl) e pela corrente de saída de um reator que está sendo submetido à etapa de aquecimento (b).

[0032] Da mesma forma, a etapa de resfriamento (c) pode compreender a troca direta de calor com um meio de resfriamento em contato com o adsorvente. Consequentemente, todo ou um pouco do calor transferido na etapa de resfriamento (c) é transferido por troca direta de calor. De preferência, o dito meio de resfriamento é uma corrente esgotada do componente-alvo e, de preferência, contendo o dito pelo menos um componente secundário. Por exemplo, oO dito meio de resfriamento é proporcionado pela corrente de resíduos acima identificada de um reator que está sendo submetido à etapa de adsorção (a) ou pela corrente de purga acima identificada de um reator que está sendo submetido à etapa de enxágue (al).

[0033] De acordo com uma modalidade preferida, durante a etapa de resfriamento (0), o adsorvente é contatado com a corrente de resíduos (ou uma parte dela) proporcionada por pelo menos um outro reator da dita pluralidade de reatores, enquanto se realiza a etapa de adsorção (a). A dita corrente de resíduos (ou parte dele) é opcionalmente resfriado antes da dita etapa de resfriamento (0).

[0034] De acordo com outras modalidades, pelo menos uma da etapa de aquecimento (b) e da etapa de resfriamento (c) compreende a troca indireta de calor. Em tais modalidades, todo ou um pouco do calor é transferido por troca indireta de calor.

[0035] As modalidades adicionais compreendem a troca tanto direta quanto indireta de calor para a dita etapa de aquecimento (b) e/ou a dita etapa de resfriamento (c). Por conseguinte, o calor transferido nas etapas (Db) e/ou (c) pode ser transferido parcialmente por meio de troca direta de calor e parcialmente por meio de troca indireta de calor.

[0036] A troca indireta de calor significa que a troca de calor ocorre com uma superfície de separação entre o adsorvente e um meio de transferência de calor (aquecimento ou resfriamento). Em algumas modalidades, os corpos de troca de calor adequados, como placas ou tubos, são imersos no adsorvente e alimentados com o dito meio.

Algumas modalidades usam tubos cheios com o adsorvente e um meio de troca de calor que é alimentado fora dos tubos, por exemplo, no lado do casco de um absorvedor.

[0037] A troca direta de calor tem a vantagem que o adsorvente é diretamente contatado com um meio de aquecimento ou resfriamento, o que evita a instalação de corpos de troca de calor, reduzindo assim a inércia térmica e garantindo uma melhor troca de calor. Por outro lado, a troca indireta de calor pode ser preferida porque a ausência de um contato entre o adsorvente e o meio de aquecimento ou resfriamento garante uma maior capacidade de trabalho do adsorvente e proporciona mais liberdade para selecionar os fluidos de troca de calor.

[0038] A etapa de enxágue (al) requer a adsorção de um pouco do componente-alvo contido na dita corrente de enxágue, o que faz com que o calor de adsorção seja liberado. Por conseguinte, a etapa de enxágue (al) proporciona uma pureza aumentada do componente-alvo recuperado. Além disso, a requerente constatou surpreendentemente que a etapa de enxágue (al) é tornada muito mais rápida devido ao calor de adsorção liberado. Isso é benéfico especialmente para a produtividade do ciclo.

[0039] A etapa de purga (bl) requer o deslocamento do componente-alvo não adsorvido por meio do pelo menos um componente secundário contido na corrente de purga e pode também requerer a dessorção de uma quantidade de componente-alvo não previamente dessorvido durante a etapa de aquecimento (b). O componente-alvo liberado é reciclado para outro reator que está sendo submetido à etapa de enxágue (al), onde ele é recuperado. Por conseguinte, a etapa de purga (bl) proporciona uma recuperação aumentada do componente-alvo. Além disso, a etapa de purga (bl) é tornada muito mais rápida devido à energia subtraída pelo calor de adsorção, o que é benéfico para a produtividade do ciclo.

[0040] Um aspecto importante da presente invenção é que um “circuito fechado” pode ser formado entre um reator que realiza a etapa de enxágue e outro reator que realiza a etapa de purga. Em outras palavras, um reator que realiza a etapa de enxágue recebe uma corrente de enxágue contendo o componente-alvo de outro reator que está realizando a etapa de purga e ao qual ele fornece uma corrente de purga esgotada do componente-alvo. A presença desse circuito evita possíveis perdas do componente-alvo contido no gás de purga, que é submetido à etapa de purga em outro reator, em vez de ser emitido para a atmosfera como corrente de resíduos. Isso proporciona uma recuperação aumentada de CO2. Outra vantagem é que, no caso de etapas sincronizadas para enxágue (al) e Ppurga (bl), a configuração de circuito fechado permite eliminar uma restrição na programação ou possibilita evitar um tanque de armazenamento.

[0041] De acordo com algumas modalidades, durante a etapa de adsorção (a), uma parte do dito pelo menos um componente secundário é inevitavelmente adsorvida juntamente com o componente-alvo. De acordo com uma modalidade preferida, um aquecimento preliminar (a2) é realizado após a dita etapa de enxágue (al) e antes da dita etapa de aquecimento (b), durante o qual um produto gasoso contendo o dito pelo menos um componente secundário é liberado do adsorvente e é então circulado novamente e submetido a uma etapa de adsorção (a) adicional ou a uma etapa de enxágue (al) adicional. O dito produto gasoso pode ser reciclado dentro do mesmo reator, após um armazenamento intermediário, ou dentro de outro reator que esteja sendo submetido à etapa de adsorção (a) ou à etapa de enxágue (al), após um armazenamento intermediário. Por uma questão de clareza, a etapa de aquecimento (b) também será referida como aquecimento principal.

[0042] A duração do aquecimento preliminar (a2) é preferivelmente de 0,1 a 10 vezes a duração do enxágue (al), mais preferivelmente seis vezes a duração do enxágue (al). Além disso, a duração do aquecimento principal (b) é preferivelmente de 10 a 70 vezes a duração do enxágue (al). A duração do resfriamento (c) é preferivelmente de 10 a 50 vezes a duração da purga (bl).

[0043] As durações acima mencionadas permitem obter altos valores de pureza e recuperação, assim como alta produtividade e baixo consumo de energia.

[0044] De fato, uma duração menor do aquecimento principal (b) ou do resfriamento (c) comprometeria a pureza do CO; e a recuperação do CO;. Por outro lado, uma duração mais longa seria benéfica em termos de Pureza e recuperação, porém prejudicial para a produtividade do ciclo.

[0045] Uma duração menor do enxágue (al) diminuiria, em vez disso, o consumo de energia e melhoraria a produtividade, porém comprometeria a pureza do CO;. Por outro lado, uma duração mais longa aumentaria a pureza do

CO7, porém pioraria a produtividade e aumentaria a demanda de energia.

[0046] Portanto, as durações verificadas pela requerente representam os valores próximos ao ideal.

[0047] Durante o aquecimento preliminar (a2), uma parte do componente-alvo pode ser dessorvida juntamente com o(s) componente(s) secundário(s), o que significa que o produto gasoso liberado durante o dito aquecimento preliminar (a2) também contém uma parte do componente-alvo. O aquecimento preliminar (a2) é controlado para dessorver uma corrente predominantemente composta do(s) componente (s secundário(s) adsorvido(s) durante a etapa de adsorção (a) anterior e para reduzir a dessorção do componente-alvo.

[0048] Para esse fim, o aquecimento preliminar (a2) é realizado em uma temperatura e/ou durações de tempo baixas adequadas. Mais detalhadamente, o dito aquecimento preliminar (a2) atinge uma temperatura que é menor que a temperatura atingida durante o aquecimento principal (b) subsequente. De preferência, a temperatura do aquecimento preliminar (a2) é pelo menos 40 “C mais baixa que a temperatura do aquecimento principal (b) subsequente.

[0049] Por conseguinte, a maioria do componente-alvo permanece no adsorvente para ser liberada durante o aquecimento principal (b) subsequente e o efluente gasoso do aquecimento preliminar (a2) contém uma quantidade significativa do pelo menos um componente secundário. Nas modalidades preferidas, o dito efluente gasoso contém predominantemente o dito pelo menos um componente secundário. De preferência, o dito produto gasoso contém 20% ou mais do componente secundário, mais preferivelmente 50% ou mais do componente secundário. Nas modalidades típicas, ele contém 30 a 80%, mais preferivelmente 50% a 80% do componente secundário.

[0050] O componente-alvo dessorvido durante o aquecimento preliminar (a2) pode ser recuperado dentro do mesmo reator, após um armazenamento intermediário ou dentro de outro reator que esteja sendo submetido à etapa de adsorção (a) ou à etapa de enxágue (al). Quando o produto gasoso do aquecimento preliminar (a2) de um reator for enviado para outro reator, um armazenamento intermediário em um tanque adequado também pode ser proporcionado em algumas modalidades.

[0051] De acordo com uma primeira modalidade, o dito aquecimento preliminar (a2) compreende a troca indireta de calor. De acordo com uma segunda modalidade, o dito aquecimento preliminar (a2) compreende a troca direta de calor com um meio de aquecimento em contato com o adsorvente, o dito meio de aquecimento sendo preferivelmente uma corrente predominantemente contendo o componente-alvo.

[0052] A requerente constatou surpreendentemente que a execução do dito aquecimento preliminar (a2) após a dita etapa de enxágue (al) e antes do dito aquecimento principal (b) com o circuito fechado acarreta atingir uma alta pureza e uma recuperação de mais que 95% do componente-alvo, com um baixo consumo de energia e uma alta produtividade.

[0053] De acordo com uma aplicação preferida da invenção, o componente-alvo é o dióxido de carbono. De preferência, o dito pelo menos um componente secundário inclui o nitrogênio.

[0054] A mistura gasosa pode conter um pouco de água. A água pode ser prejudicial para a adsorção do componente-alvo, por exemplo, a água pode competir com o componente-alvo durante a adsorção sobre vários adsorventes. O processo da invenção pode opcionalmente incluir uma etapa preliminar de remoção de água da mistura gasosa antes da adsorção do componente-alvo, ou pode opcionalmente usar um adsorvente específico que também seja seletivo sobre a água.

[0055] De acordo com algumas modalidades, oO adsorvente é seletivo para a adsorção do componente-alvo sobre o(s) componente(s) secundário(s) e sobre a água. No caso do dióxido de carbono como o componente-alvo, é preferivelmente usado um adsorvente químico escolhido entre MOF (Rede Metalorgânica), MOMs (Materiais Metalorgânicos) como os indicados na US 9,138,719, CPO27, UTSAl6, UIO66, MOFs dopadas com amina, graças à sua alta capacidade e alta seletividade de adsorver o dióxido de carbono sobre a água.

[0056] De acordo com outras modalidades, o adsorvente compreende uma primeira camada de um primeiro material adequado para adsorver seletivamente a água e uma segunda camada de um segundo material adequado para adsorver seletivamente o componente-alvo (por exemplo, oO dióxido de carbono). Por conseguinte, a etapa de adsorção compreende a remoção de água na primeira camada e, em seguida, a remoção do componente-alvo na segunda camada. Os ditos materiais são preferivelmente regenerados na mesma faixa de temperaturas.

[0057] De acordo com outras modalidades, a dita mistura gasosa é submetida a um processo de desidratação antes de contatar o adsorvente, para remover pelo menos parcialmente a água. De preferência, o dito processo de desidratação é realizado usando um material adsorvente adaptado para adsorver seletivamente a água. Os exemplos de tais materiais incluem a sílica, a alumina ativada, oO zeólito 4A. No caso do dióxido de carbono como componente- alvo e do nitrogênio como componente secundário, são preferivelmente utilizados adsorventes como o zeólito 13X, o zeólito 5A, o zeólito 4A, o zeólito ZSM5, o carvão ativado, tendo alta capacidade e alta seletividade para o CO2 sobre o N;.

[0058] Um outro aspecto da invenção é uma temperatura relativamente baixa do aquecimento principal (b), ou seja, uma temperatura de regeneração baixa. A dita temperatura é preferivelmente não maior que 250 “C, mais preferivelmente não maior que 200 ºC e ainda mais preferivelmente não maior que 170 ºC. Uma baixa temperatura de regeneração é uma vantagem porque acarreta uma diferença de temperatura (delta-T) maior entre o adsorvente e a fonte de calor disponível, ou permite o uso de uma fonte de calor de temperatura mais baixa, tornando assim mais eficiente a regeneração.

[0059] A mistura gasosa pode ser um gás de combustão, por exemplo, de um processo de combustão. O dito gás de combustão pode vir de uma usina elétrica ou de um processo químico, de acordo com as aplicações preferidas da invenção. De preferência, a dita mistura gasosa é um gás de combustão de uma fábrica de amônia ou metanol ou ureia. O componente-alvo “recuperado pode ser sequestrado (por exemplo, sequestro de CO») ou usado em outro processo, dependendo do caso.

[0060] Um objetivo da presente invenção é o uso do processo descrito acima para o tratamento de um gás de combustão de uma fábrica de amônia ou metanol ou ureia. No caso de uma fábrica de metanol ou ureia, algumas modalidades incluem o uso de CO; recuperado como uma matéria-prima.

[0061] Uma fábrica para realizar o dito processo também é um objetivo da presente invenção.

[0062] A presente invenção permite operar vários reatores em uma maneira síncrona, com os ciclos de operação dos diferentes reatores adequadamente modificados no devido tempo. Isso é vantajoso para a maioria das aplicações, onde for desejada uma operação contínua.

[0063] A programação do ciclo consiste em determinar o número, a sequência e a duração das etapas do ciclo, incluindo quaisquer tempos ociosos necessários, e o número e as conexões dos reatores necessários para realizar uma operação contínua. Isso tem um efeito sobre a produtividade efetiva do ciclo, definida como a quantidade de composto-alvo produzido por unidade de tempo e massa de adsorvente.

[0064] A programação dependerá das restrições impostas, p.ex., alimentação contínua, produção contínua, sincronização da etapa de enxágue (al) e a etapa de purga (bl). Uma restrição adicional, que pode ser considerada para o ciclo de TSA da invenção, é a de ter um reator iniciando a etapa de resfriamento (c) ao mesmo tempo em que outro reator inicia a etapa de aquecimento principal (b),

permitindo assim a reutilização de um termofluido quente, presente no primeiro reator, para aquecer o último reator (assim chamada equalização da temperatura).

[0065] Para a captura contínua do CO; dos gases de combustão, a programação deve garantir a possibilidade de tratar uma alimentação contínua e produzir uma corrente de componente-alvo sempre, enquanto ao mesmo tempo garante: sincronização da etapa de enxágue (al) e a etapa de purga (bl) e início síncrono da etapa de aquecimento (b) e da etapa de resfriamento (c).

[0066] As vantagens da invenção serão explicadas com o auxílio da descrição a seguir das modalidades preferidas e não limitativas.

Breve descrição dos desenhos

[0067] A Fig. 1 é um diagrama de blocos de um processo de adsorção por oscilação de temperatura para remover o dióxido de carbono de um gás de combustão, de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

[0068] A Fig. 2 é um diagrama de blocos de um processo de adsorção por oscilação de temperatura, de acordo com uma segunda modalidade da invenção.

[0069] A Fig. 3 é uma curva de pureza versus recuperação de um processo de TSA que não é um objetivo da presente invenção.

[0070] A Fig. 4 é uma curva de pureza versus recuperação de outro processo de TSA que não é um objetivo da presente invenção.

[0071] A Fig. 5 mostra uma curva de pureza versus recuperação de um processo de TSA de acordo com a modalidade da Fig. 1, em comparação com a curva da Fig. 3.

[0072] A Fig. 6 mostra uma curva de pureza versus recuperação de um processo de TSA de acordo com a modalidade da Fig. 2, em comparação com a curva da Fig. 4.

Descrição detalhada das modalidades preferidas Primeira modalidade

[0073] Com referência à Fig. l, o processo da invenção é realizado em uma pluralidade de reatores, por exemplo, incluindo os reatores 101, 102, 103. Cada reator 101 - 103 contém um leito fixo de um adsorvente para um componente-alvo, por exemplo, o zeólito 13X para adsorção de CO;.

[0074] Cada reator realiza diversas etapas, a saber: uma etapa de adsorção (a), uma etapa de enxágue (al), uma etapa de aquecimento (b), uma etapa de purga (bl) e uma etapa de resfriamento (ce). os reatores são interligados e, durante algumas das ditas etapas do processo, um reator pode trocar uma ou mais correntes com um ou mais outros reatores. Na Fig. 1, os blocos (a), (al), (b), (bl), (ce) significam os reatores 101, 102, 103, enquanto realizam as ditas etapas do processo.

[0075] Durante a etapa de adsorção (a), um gás a ser tratado, por exemplo, um gás de combustão, é admitido no reator e o componente-alvo é adsorvido, resultando em uma corrente de resíduos e carregando parcialmente o adsorvente com o componente-alvo. Durante a etapa de enxágue (al), o adsorvente é levemente aquecido por contato direto com uma corrente rica do componente-alvo, a qual se origina da etapa de purga (bl) de outro reator. Como consequência, uma quantidade adicional do componente-alvo pode ser adsorvida e os um ou mais componentes secundários são expulsos, gerando assim uma corrente de purga. Durante a etapa de aquecimento (b), o adsorvente é aquecido por troca direta ou indireta de calor, resultando na dessorção do componente-alvo e na regeneração do adsorvente. A etapa de purga (bl) é realizada com o auxílio da corrente de purga retirada da etapa de enxágue (al) de outro reator. A etapa (c) é a etapa de resfriamento, que é realizada com o auxílio de pelo menos uma parte da corrente de resíduos (contendo — principalmente os um ou mais componentes secundários) retirada da etapa de adsorção (a) de outro reator. A dita etapa (c) traz o adsorvente de volta para a temperatura de adsorção, para recomeçar o ciclo com a etapa (a). As ditas etapas e as ditas interações entre os reatores serão descritas em mais detalhes com referência ao ciclo de trabalho do reator 101.

Etapa de adsorção (a)

[0076] Um gás de combustão 111 proveniente de um processo de combustão e contendo predominantemente dióxido de carbono (CO;) e nitrogênio (N,)) e opcionalmente contendo água é suprido ao reator 101, onde o CO; é adsorvido sobre o leito de zeólito do reator, o CO; tendo uma maior afinidade com o dito adsorvente em comparação com o nitrogênio.

[0077] Como resultado, a etapa (a) proporciona um adsorvente carregado com CO, e um efluente esgotado de COr 112, contendo predominantemente N,. Uma parte 113 do dito efluente 112 pode ser usada para a etapa de resfriamento (c) de outro reator (por exemplo, do reator 103), como será explicado abaixo. A parte restante 114 do efluente 112 é exportada e pode ser descarregada através de uma saída ou usada para outra finalidade, se apropriado. Por exemplo, em uma fábrica de amônia, a dita corrente 114, que é rica em nitrogênio, pode ser usada para a síntese de amônia.

[0078] De preferência, a etapa de adsorção (a) ocorre na temperatura ambiente, por exemplo, em uma temperatura na faixa de 15 a 30 “ºC. De preferência, a dita etapa (a) é realizada em fluxo ascendente, o que significa que o gás de combustão 111 é suprido a partir do fundo do reator 101 e a corrente de resíduos 112 deixa o reator 101 a partir do topo, sendo o N; mais leve que o CO,;.

Etapa de enxágue (al)

[0079] O reator 101 recebe uma corrente de enxágue gasosa rica em CO, 127, produzida por outro reator da pluralidade, por exemplo, pelo reator 102, enquanto se realiza a etapa de purga (bl). A dita corrente de enxágue 127 é alimentada ao fundo do reator 101, significando que a etapa (al) é realizada na mesma direção de fluxo ascendente que a etapa (a).

[0080] A corrente de enxágue 127 é opcionalmente aquecida em um trocador de calor externo 10, antes da admissão no dito reator 101. Por exemplo, a corrente de enxágue 127 é aquecida para uma temperatura de 70 ºC (343 K).

[0081] Durante a dita etapa (al), um pouco do dióxido de carbono contido na corrente de enxágue 127 é adsorvido sobre o leito adsorvente, que já está parcialmente carregado com CO; como consequência da etapa de adsorção (a) anterior; outra corrente de resíduos 115 contendo principalmente N; é obtida, a qual é usada para a etapa de purga (bl) de outro reator (por exemplo, do reator 102), como será explicado abaixo. A dita corrente de resíduos 115 também será referida como corrente de purga. À dita corrente de purga pode, contudo, conter um pouco do co2.

[0082] A dita corrente de purga 115 é opcionalmente resfriada em um trocador de calor externo 20, antes da admissão no dito reator 102. Por exemplo, a corrente de purga 115 é resfriada para uma temperatura de ºC (283 K).

[0083] Ao contrário do que acontece com a corrente de resíduos 112 ou com uma parte 114 dela, a dita corrente de purga 115 não é exportada do processo, nem descarregada através de uma saída para a atmosfera. Isso é vantajoso porque são evitadas possíveis perdas de CO2.

[0084] Em algumas modalidades, a etapa de enxágue (al) do reator 101 e a etapa de purga (bl) do reator 102 são sincronizadas, o que significa que a corrente de enxágue 127 que deixa o reator 102 passa para o reator 101, sem um armazenamento intermediário. Em outras modalidades, o dito gás rico em CO, 127, produzido pela etapa de purga (bl) do reator 102, é armazenado em um tanque adequado (não mostrado), fora do reator fonte 102, e subsequentemente introduzido no reator 101 para a etapa de enxágue (al) descrita acima. A última modalidade com armazenamento intermediário pode proporcionar uma maior flexibilidade, já que a duração das etapas (al) e (bl) dos dois reatores pode ser diferente.

[0085] Da mesma forma, a corrente de purga 115 pode ser trocada, com ou sem um armazenamento intermediário em um tanque adequado, de um reator que está sendo submetido à etapa de enxágue (al) para outro reator que está sendo submetido à etapa de purga (bl).

Etapa de aquecimento (b)

[0086] O adsorvente carregado com CO, é aquecido, por exemplo, para 147 ºC (420 K); como consequência, o CO, é dessorvido, produzindo uma corrente 116 de CO2 de alta pureza, e o adsorvente do reator 101 é parcialmente regenerado.

[0087] A etapa de aquecimento (b) pode ser realizada por meio de troca indireta de calor ou troca direta de calor.

[0088] No caso de troca indireta de calor, uma das extremidades do reator é mantida aberta, enquanto a outra é mantida fechada, significando que é uma etapa de aquecimento semiaberta.

[0089] No caso de troca direta de calor, um meio de regeneração quente é suprido ao reator para contato direto com o adsorvente. De preferência, ambas as extremidades do reator 101 são mantidas abertas e o dito meio de regeneração flui oposto em relação às etapas (a) e (al), a saber, de cima para baixo. De preferência, o dito meio de regeneração é feito predominantemente de CO; (isto é, do componente-alvo).

Etapa de purga (bl)

[0090] O adsorvente no reator 101 é purgado com uma corrente de purga 135 que resulta da etapa de enxágue (al) de outro reator, por exemplo, do reator 103. A dita corrente 135 é semelhante na composição à corrente 115 descrita anteriormente, obtida no próprio reator 101. A dita corrente de purga 135 é alimentada ao reator 101 a partir do topo, significando que a etapa (bl) é realizada na direção oposta de fluxo em relação às etapas (a) e (al).

[0091] A dita corrente de purga 135 é opcionalmente resfriada em um trocador de calor externo 20', antes da admissão no reator 101. Por exemplo, a corrente de purga 135 é resfriada para uma temperatura de ºC (283 K).

[0092] Durante a dita etapa de purga (bl), a corrente de purga 135 “limpa” o adsorvente deslocando uma corrente rica em CO, 117, de modo que mais CO; possa ser adsorvido durante a etapa de adsorção (a) e a recuperação seja aumentada. A dita corrente rica em CO; 117 é vantajosamente submetida à etapa de enxágue (al) de outro reator, da mesma maneira que a corrente rica em CO, 127 descrita anteriormente. A dita corrente 117 é opcionalmente aquecida em um trocador de calor externo 10".

[0093] As correntes de purga 115, 135 podem ser dirigidas para compressores adequados (não mostrados), antes de serem submetidas aos reatores 102, 101 que realizam realizando a etapa de purga (al), respectivamente.

[0094] Da mesma forma, as correntes de enxágue 117, 127 podem ser dirigidas para compressores adequados (não mostrados), antes de serem submetidas aos reatores 103, 101 que realizam a etapa de enxágue (al), respectivamente.

[0095] Os ditos compressores garantem a circulação do gás no circuito fechado 115-127-115 entre os reatores 102, 101 e no circuito fechado 135-117-135 entre os reatores 101, 103.

[0096] Em algumas modalidades, a etapa de enxágue (al) do reator 103 e a etapa de purga (bl) do reator 101 são sincronizadas, de modo que a corrente de purga 135 que sai do reator 103 passe para o reator 101, sem um armazenamento intermediário. Em outras modalidades é proporcionado um tanque de armazenamento para a dita corrente 135.

Etapa de resfriamento (c)

[0097] O adsorvente é resfriado até a temperatura de adsorção para recomeçar o ciclo.

[0098] A etapa de resfriamento (c) pode ser realizada por meio de troca indireta de calor ou por meio de troca direta de calor.

[0099] De acordo com o exemplo da figura, uma corrente de resíduos 133 proporcionada pelo reator 103, durante a realização da etapa de adsorção (a), é suprida ao reator 101, onde contata diretamente o adsorvente que atua como meio de resfriamento. Por conseguinte, ambas as extremidades do reator 101 são mantidas abertas e a corrente de resíduos 133 flui oposta em relação às etapas (a) e (al), a saber, de cima para baixo, deixando o reator como a corrente 118. Alternativamente, a etapa (c) é semiaberta e a corrente de resíduos 133 pressuriza apenas o reator.

[0100] A corrente de resíduos 133 é opcionalmente resfriada em um trocador de calor externo 30, antes da admissão no dito reator 101.

[0101] Os outros reatores, como os reatores 102 e 103, realizam as mesmas etapas.

Segunda modalidade

[0102] Com referência à Fig. 2, oO processo da invenção é realizado em uma pluralidade de reatores, por exemplo, incluindo os reatores 201, 202, 203. Cada reator 201 - 203 contém um leito fixo de um adsorvente para um componente-alvo, por exemplo, o zeólito 13X para adsorção de CO;.

[0103] Cada reator realiza uma sequência de etapas, que é a mesma sequência que a primeira modalidade, com a adição de uma etapa de aquecimento preliminar (a2), após a etapa de enxágue (al) e antes da etapa de aquecimento (b). As etapas comuns à primeira modalidade não são descritas em detalhe por uma questão de brevidade. Para distinguir melhor a etapa (a2) da etapa (b), esta última será referida como a etapa de aquecimento principal.

[0104] A combinação das etapas (al) e (bl) com uma etapa de pré-aquecimento (a2) adicional gera uma sinergia, que permite obter a recuperação e a pureza altas da etapa (a2) e o baixo consumo de energia das etapas (al) e (bl).

[0105] Referindo-se a um reator 201, uma mistura de gases 211 contendo predominantemente o dióxido de carbono (CO;) e o nitrogênio (N,)) é misturada com um produto gasoso 219 contendo predominantemente o N; e uma pequena quantidade de CO,;, obtido a partir da dita etapa de aquecimento preliminar (a2), para proporcionar uma corrente de entrada gasosa 220.

[0106] A dita corrente de entrada 220 é suprida ao reator 201 para a etapa de adsorção (a), onde uma corrente de resíduos 212 é produzida e o adsorvente é carregado com o CO;. Uma parte 213 da corrente de resíduos pode ser usada para resfriar outro reator e a parte restante 214 é exportada ou descarregada através de uma saída.

[0107] Em seguida, o reator 201 é submetido à etapa de enxágue (al) com o auxílio de uma corrente de enxágue 227 do reator 202 que está sendo submetido à etapa de purga (bl), opcionalmente com aquecimento intermediário no trocador 10.

[0108] Durante a dita etapa de enxágue (al), um pouco do dióxido de carbono contido na corrente de enxágue 227 é adsorvido sobre o leito adsorvente e é obtida uma corrente de purga 215 contendo principalmente N,, a qual é usada para a etapa de purga (bl) do reator 202. A dita corrente de purga 215 é opcionalmente resfriada em um trocador de calor externo 20, antes da admissão no dito reator 202.

[0109] Então, o reator 201 é submetido à etapa de aquecimento preliminar (a2), durante a qual o adsorvente carregado com CO;, contido no reator 201, é adicionalmente aquecido. A temperatura atingida pelo adsorvente durante a dita etapa de aquecimento preliminar (a2) é menor que a temperatura atingida durante a etapa de aquecimento principal (b) subsequente. Por exemplo, o adsorvente é aquecido para uma temperatura variando entre 87 e 107 “C (isto é, entre 360 e 380 K) durante a dita etapa de aquecimento preliminar (a2).

[0110] Durante a dita etapa (a2), o nitrogênio e uma pequena quantidade de CO,z são dessorvidos, proporcionando o produto gasoso 219. Durante a dita etapa

(a2), a pressão é mantida constante e apenas a extremidade inferior do reator é mantida aberta.

[0111] Em algumas modalidades, o produto gasoso 219 assim obtido é armazenado em um tanque 40 e subsequentemente misturado com o gás de combustão 211 para proporcionar a corrente gasosa 220 que alimenta a etapa de adsorção (a), para recuperar o CO, nela contido. Em outras modalidades (não mostradas), o dito produto gasoso 219 é misturado com a alimentação de gases de combustão de outro reator, por exemplo, do reator 202 ou 203.

[0112] Após a etapa de aquecimento preliminar (a2), o reator 201 é submetido à sequência de aquecimento principal (b), purga (bl) e resfriamento (c).

[0113] A etapa de purga (bl) é realizada com o auxílio de uma corrente de purga 235 obtida do reator 203, opcionalmente com resfriamento intermediário em um trocador de calor 20', e libera uma corrente rica em CO, 217 que é vantajosamente submetida à etapa de enxágue (al) do reator

203. A dita corrente 217 é opcionalmente aquecida em um trocador de calor externo 10". O aquecimento principal (b) libera uma corrente 216 do componente-alvo, neste caso de CO;. A etapa de resfriamento (c) é realizada com o auxílio de uma corrente de resíduos 233 proporcionado pelo reator 203 que realiza a etapa de adsorção (a), que atua como meio de resfriamento e deixa o reator como a corrente 218. A corrente de resíduos 233 é opcionalmente resfriada em um trocador de calor externo 30, antes da admissão no dito reator 101.

[0114] De modo semelhante à modalidade 1, compressores adequados garantem a circulação do gás no circuito fechado 215-227-215 entre os reatores 202, 101 e no circuito fechado 235-217-235 entre os reatores 201, 203.

[0115] Os outros reatores, como os reatores 202 e 203, realizam as mesmas etapas.

Exemplos comparativos Exemplo 1

[0116] Um gás de combustão com a seguinte composição molar: CO, = 0,12, N; = 0,88 é submetido a um processo realizado em uma pluralidade de reatores interligados, cada um contendo um leito fixo de um adsorvente para CO2. Cada reator realiza uma etapa de adsorção (a), uma etapa de enxágue (al), uma etapa de aquecimento (b), uma etapa de purga (bl) e uma etapa de resfriamento (c).

[0117] Durante a etapa de adsorção (a), o gás de combustão é admitido no reator e o CO2 é parcialmente adsorvido, resultando em uma corrente de resíduos e em um adsorvente parcialmente carregado com CO2. Durante a etapa de enxágue (al), o adsorvente é levemente aquecido pelo contato direto com uma corrente rica em CO2 proveniente da etapa de purga (bl) de outro reator, uma quantidade adicional de CO2 é adsorvida e o N2 é expulso, gerando assim outra corrente de resíduos. Durante a etapa de aquecimento (b), o adsorvente é aquecido por troca direta ou indireta de calor, resultando na dessorção de CO2 e na regeneração do adsorvente. A etapa de purga (bl) é realizada com o auxílio de uma corrente de resíduos contendo N2 retirada da etapa de adsorção (a) de outro reator. A etapa de resfriamento (c) traz o adsorvente de volta para a temperatura de adsorção para recomeçar o ciclo com a etapa (a).

[0118] Pela variação da duração das cinco etapas acima mencionadas de adsorção (a), enxágue (al), aquecimento (b), purga (bl) e resfriamento (c), a curva da Fig. 3 foi identificada com simulação por computador.

[0119] A curva da Fig. 3 delimita a pureza máxima possível de CO, e a recuperação de CO, em um gráfico bidimensional de pureza versus recuperação. Como mostrado na Fig. 3, a pureza máxima possível é ligeiramente maior que 99%, porém é atingível apenas para uma recuperação de 85%. Por outro lado, a recuperação máxima possível é em torno de 98%, porém é atingível apenas com uma pureza de cerca de 98,5%.

Exemplo 2

[0120] Um gás de combustão com a mesma composição do gás do exemplo 1 é submetido a um processo realizado em uma pluralidade de reatores interligados, cada um contendo um leito fixo de um adsorvente para o CO2. Cada reator realiza uma sequência de etapas que é a mesma sequência do exemplo 1, com a adição de uma etapa de aquecimento preliminar (a2), após a etapa de enxágue (al) e antes da etapa de aquecimento (b).

[0121] A temperatura atingida pelo adsorvente durante o aquecimento preliminar (a2) é menor que a temperatura atingida durante o aquecimento (b) subsequente. Durante a dita etapa (a2), o nitrogênio e uma pequena quantidade de CO; são dessorvidos, proporcionando —“um produto gasoso que é subsequentemente misturado com um gás de combustão que alimenta a etapa de adsorção (a),

recuperando assim o CO2 nele contido.

[0122] Pela variação da duração das seis etapas acima mencionadas de adsorção (a), enxágue (al), aquecimento preliminar (a2), aquecimento (b), purga (bl) e resfriamento (c), a curva da Fig. 4 foi identificado com simulação por computador.

[0123] A curva da Fig. 4 delimita a pureza máxima possível de CO, e a recuperação de CO, em um gráfico bidimensional de pureza versus recuperação. Como mostrado na Fig. 4, a pureza máxima possível é 94%, a qual é atingível para uma recuperação menor que 90%. Para uma recuperação unitária, a pureza é muito baixa, isto é, menor que 91%.

Exemplo 3: primeira modalidade da invenção

[0124] Um gás de combustão com a mesma composição do gás dos exemplos anteriores é submetido ao processo de acordo com a Fig. 1.

[0125] A Fig. 5 mostra as curvas que delimitam a pureza possível de CO, e a recuperação de CO; para o processo da Fig. 1 e o processo do exemplo 1 considerado como referência. O processo da Fig. 1 distingue-se substancialmente do processo de referência, visto que compreende um circuito fechado entre um reator que realiza a etapa de enxágue (al) e outro reator que realiza a etapa de purga (bl).

[0126] Em mais detalhes, um primeiro reator realiza a etapa de purga, proporcionando uma corrente de saída contendo o componente-alvo, e um segundo reator realiza a etapa de enxágue, proporcionando uma corrente de purga esgotada do componente-alvo. Pelo menos uma parte da dita corrente de saída é usada como corrente de enxágue para a etapa de enxágue do dito segundo reator e pelo menos uma parte da dita corrente de purga é usada para a etapa de purga do dito primeiro reator, formando assim um circuito fechado entre os ditos primeiro e segundo reatores.

[0127] O novo processo da Fig. 1 supera em grande medida o processo do exemplo 1 em termos de recuperação do CO2 e pureza do CO2.

[0128] Como pode ser visto a partir da Fig. 5, a curva de “recuperação de CO2” versus “pureza de CO2” do novo processo é deslocada para cima e para a direita em relação ao processo de referência. A melhora do novo processo se deve à presença de um circuito fechado, que impede a perda de produto e permite a otimização dos intervalos de tempo para obter melhores desempenhos de separação do que o processo de referência.

[0129] Por exemplo, para uma pureza de CO2 de 99%, Oo novo processo permite obter uma recuperação de 98% enquanto o processo de referência permite obter uma recuperação de 95%.

[0130] Além disso, para uma recuperação de CO2 de 95%, o novo processo permite obter uma pureza maior que 99,5%, enquanto o processo de referência permite obter uma pureza de 99%.

Exemplo 4: segunda modalidade da invenção

[0131] Um gás de combustão com a mesma composição do gás dos exemplos anteriores é submetido ao processo de acordo com a Fig. 2.

[0132] A Fig. 6 mostra as curvas que delimitam a pureza possível de CO2 e a recuperação de CO2 para oO processo da Fig. 2 e o processo do exemplo 2 considerado como referência. O processo da Fig. 2 distingue-se substancialmente do processo de referência, visto que compreende um circuito fechado entre um reator que realiza a etapa de enxágue (al) e outro reator que realiza a etapa de purga (bl).

[0133] Como pode ser visto claramente a partir da Fig. 6, a curva de “recuperação de CO02” versus “pureza de CO02” do novo processo da Fig. 2 é deslocada para cima e para a direita em relação ao processo de referência do exemplo 2. Portanto, o novo processo supera em grande medida o processo de referência em termos de recuperação do CO2 e pureza do CO2. Também neste caso, a melhora do novo processo se deve à presença de um circuito fechado.

[0134] Por exemplo, para uma pureza de CO2 de 93,5%, O novo processo permite obter uma recuperação de 98%, enquanto o processo de referência permite obter uma recuperação de 95%.

[0135] Além disso, para uma recuperação de CO2 de 95%, o novo processo permite obter uma pureza de 94%, enquanto o processo de referência permite obter uma pureza de 93,5%.

Claims

REIVINDICAÇÕES l.

Um processo de adsorção por oscilação de temperatura para remover um componente-alvo de uma mistura gasosa (111) contendo pelo menos um componente secundário além do componente-alvo, sendo o dito processo realizado em uma pluralidade de reatores (101, 102, 103), onde cada O reator (101) realiza as seguintes etapas:

(a) uma etapa de adsorção, compreendendo o contato de uma corrente de entrada (111) da dita mistura gasosa com um adsorvente sólido e a adsorção do componente- alvo da dita corrente de entrada, proporcionando um adsorvente carregado com o componente-alvo e uma corrente de resíduos (112) esgotada do componente-alvo;

(b) o aquecimento do dito adsorvente carregado e a dessorção de uma primeira quantidade de componente-alvo, proporcionando um adsorvente parcialmente regenerado e uma primeira corrente de saída (116) contendo o componente-alvo dessorvido;

(c) o resfriamento do dito adsorvente pelo menos parcialmente regenerado,

o processo de cada reator (101) sendo caracterizado por:

uma etapa de enxágue (al) após a dita etapa de adsorção (a) e antes da dita etapa de aquecimento (b), onde o dito adsorvente carregado é contatado com uma corrente de enxágue contendo o componente-alvo, onde uma quantidade de componente-alvo contido na dita corrente de enxágue é adsorvida e uma corrente de purga (115) esgotada do componente-alvo é produzida;

uma etapa de purga (bl) antes da dita etapa de resfriamento (c), onde o adsorvente parcialmente regenerado é contatado com pelo menos uma parte da corrente de purga (135) que é proporcionada por pelo menos um outro reator (103) da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de enxágue (al), onde uma segunda quantidade de componente-alvo é liberada proporcionando uma segunda corrente de saída (117) contendo o componente-alvo, onde a corrente de enxágue usada na dita etapa de enxágue (al) compreende pelo menos uma parte da segunda corrente de saída (127) proporcionada por pelo menos um outro reator (102) da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de purga (bl), onde um primeiro reator (101) realiza a etapa de purga (bl) proporcionando a dita segunda corrente de saída (117) e um segundo reator (103) realiza a etapa de enxágue (al) proporcionando a dita corrente de purga (135), onde pelo menos uma parte da dita segunda corrente de saída (117) é usada como corrente de enxágue para a etapa de enxágue (al) do dito segundo reator (103) e pelo menos uma parte da dita corrente de purga (135) é usada para a etapa de purga (bl) do dito primeiro reator (101), formando assim um circuito fechado entre os ditos primeiro e segundo reatores.
2. Um processo de acordo com a reivindicação 1, onde a dita pelo menos uma parte da corrente de purga (135 e a dita pelo menos uma parte da segunda corrente de saída (127) atuando como corrente de enxágue são proporcionadas por dois reatores diferentes (102, 103)
3. Um processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, onde a dita pelo menos uma parte da segunda corrente de saída usada como corrente de enxágue (117) e a dita pelo menos uma parte da corrente de purga (135) são dirigidas para compressores adequados para garantir a sua circulação no circuito fechado.
4. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a dita pelo menos uma parte da segunda corrente de saída (127) é trocada com ou sem um armazenamento intermediário em um tanque adequado do dito pelo menos um outro reator (102) que está sendo submetido à etapa de purga (bl) para o dito reator (101) que está sendo submetido à etapa de enxágue (al), e a dita pelo menos uma parte da corrente de purga (135) é trocada com ou sem um armazenamento intermediário em um tanque adequado do dito pelo menos um outro reator (103) que está sendo submetido à etapa de enxágue (al) para o dito reator (101) que está sendo submetido à etapa de purga (bl).
5. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a dita pelo menos uma parte da corrente de purga (115, 135) é resfriada antes da submissão à etapa de purga (bl).
6. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a dita pelo menos uma parte da segunda corrente de saída (117, 127) é aquecida antes da submissão à dita etapa de enxágue (al).
7. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a dita etapa de aquecimento (b) compreende a troca direta de calor com um meio de aquecimento em contato com o adsorvente, sendo o dito meio de aquecimento preferivelmente uma corrente contendo predominantemente o componente-alvo (116, 117 127).
8. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a etapa de resfriamento (c) compreende a troca direta de calor com um meio de resfriamento em contato com o adsorvente, sendo o dito meio de resfriamento preferivelmente uma corrente de resíduos esgotada do componente-alvo (112, 115, 113).
9. Um processo de acordo com a reivindicação 8, onde a etapa de resfriamento (c) compreende a troca direta de calor com pelo menos uma parte (133) da corrente de resíduos proporcionada por pelo menos um outro reator (103) da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de adsorção (a), a dita pelo menos uma parte (133) da corrente de resíduos sendo opcionalmente resfriada antes da submissão à etapa de resfriamento (c).
10. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a etapa de aquecimento (b) e/ou a etapa de resfriamento (ec) compreende a troca indireta de calor.
11. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, cada reator (201) da dita pluralidade realizando uma etapa de aquecimento preliminar (a2) após a dita etapa de enxágue (al) e antes do dito aquecimento principal (b), onde, durante o dito aquecimento preliminar (a2), um produto gasoso (219) contendo o dito pelo menos um componente secundário é liberado do adsorvente e é reciclado para um reator que está sendo submetido à etapa de adsorção (a) ou à etapa de enxágue (al).
12. Um processo de acordo com a reivindicação 10, onde pelo menos uma das seguintes condições se aplica:

a duração do aquecimento preliminar (a2) é de 0,1 a 10 vezes a duração da etapa de enxágue (al), de preferência seis vezes a duração da etapa de enxágue (al); a duração da etapa de aquecimento (b) é de 10 a 70 vezes a duração da etapa de enxágue (al); a duração da etapa de resfriamento (c) é de 10 a 50 vezes a duração da etapa de purga (bl).
13. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde a temperatura da etapa de aquecimento (b) não é maior que 250 ºC, preferivelmente não é maior que 200 ºC e mais preferivelmente não é maior que 170 ºC.
14. Um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde o dito componente-alvo é o dióxido de carbono.
15. Um processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 14, onde a dita mistura gasosa é um gás de combustão.
16. Um processo de acordo com a reivindicação 15, onde o dito gás de combustão é um gás de combustão de uma fábrica de amônia ou fábrica de metanol ou fábrica de ureia.
17. Uma fábrica para tratar uma mistura gasosa e remover um componente-alvo da dita mistura gasosa com um processo de acordo com quaisquer das reivindicações 1 a 15, a fábrica compreendendo uma pluralidade de reatores (101, 102, 103), cada reator (101) contendo um leito adsorvente para adsorver seletivamente o dito componente-alvo, onde: cada reator opera uma sequência de etapas compreendendo: a adsorção do componente-alvo no leito adsorvente, o enxágue do adsorvente com uma corrente (127) contendo o componente-alvo, o aquecimento do adsorvente para a dessorção do componente-alvo, a purga do adsorvente com uma corrente (135) esgotada do componente-alvo e o resfriamento do adsorvente regenerado assim obtido,

e onde os reatores são interligados de modo que cada reator (101):

durante a etapa de purga receba pelo menos parte da corrente (135) esgotada do componente-alvo que é proporcionada por pelo menos um outro reator (103) da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de enxágue;

durante a etapa de enxágue receba pelo menos parte da corrente (127) contendo o componente-alvo que é proporcionada por pelo menos um outro reator (102) da dita pluralidade de reatores enquanto se realiza a etapa de purga, e um primeiro reator (101) realize a etapa de purga (bl) proporcionando uma corrente de saída (117) e um segundo reator (103) realize a etapa de enxágue (al) proporcionando uma corrente de purga (135), onde pelo menos uma parte da dita corrente de saída (117) do primeiro reator (101) é usada como corrente de enxágue para a etapa de enxágue (al) do dito segundo reator (103) e pelo menos uma parte da dita corrente de purga (135) do segundo reator (103) é usada para a etapa de purga (bl) do dito primeiro reator (101), formando assim um circuito fechado entre os ditos primeiro e segundo reatores.